函数模板

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2024-05-06 18:03| 来源: 网络整理| 查看: 265

函数模板

本节将介绍函数模板

初识函数模板

函数模板[1]不是函数，只有实例化[2]函数模板，编译器才能生成实际的函数定义。不过在很多时候，它看起来就像普通函数一样。

定义模板

下面是一个函数模板，返回两个对象中较大的那个：

cpptemplate T max(T a,T b){ return a > b ? a : b; }

这应该很简单，即使我们还没有开始讲述函数模板的语法。

如果要声明一个函数模板，我们通常要使用：

cpptemplate< 形参列表 > 函数声明

我们前面示例中的形参列表是 typename T，关键字 typename 顾名思义，引入了一个类型形参。

类型形参是 T，也可以使用其他标识符作为类型形参名（T 或 Ty 等，是约定的惯例），你也可以在需要的时候自定义一些有明确意义的名字。在调用函数模板 max 时，根据传入参数，编译器可以推导出类型形参的类型，实例化函数模板。我们需要传入支持函数模板操作的类型，如 int 或重载了 > 运算符的类。注意 max 的 return 这意味着我们的模板形参 T 还需要是可复制/移动的，以便返回。

C++17 之前，类型 T 必须是可复制或移动才能传递参数。C++17 以后，即使复制构造函数和移动构造函数都无效，因为 C++17 强制的复制消除，也可以传递临时纯右值。

因为一些历史原因，我们也可以使用 class 关键字来定义模板类型形参。所以先前的模板 max 可以等价于:

cpptemplate T max(T a,T b){ return a > b ? a : b; }

但是与类声明不同，在声明模板类型形参时，不能使用 struct。

使用模板

下面展示了如何使用函数模板 max()

cpp#include template T max(T a, T b) { return a > b ? a : b; } struct Test{ int v_{}; Test() = default; Test(int v) :v_(v) {} bool operator>(const Test& t) const{ return this->v_ > t.v_; } }; int main(){ int a{ 1 }; int b{ 2 }; std::cout b ? a : b; }

如果我们 max(1, 2) 或者说 max(x,x)，T 当然会是 int，但是函数形参类型会是 const int&。

不过我们需要注意，有不少情况是没有办法进行推导的：

cpp// 省略 max using namespace std::string_literals; int main(){ max(1, 1.2); // Error 无法确定你的 T 到底是要 int 还是 double max("luse"s, "乐"); // Error 无法确定你的 T 到底是要 std::string 还是 const char[N] }

那么我们如何处理这种错误呢？可以使用前面提到的显式指定函数模板的（T）类型。

cppmax(1, 1.2); max("luse"s, "乐");

又或者说显式类型转换：

cppmax(static_cast(1), 1.2);

但是 std::string 没有办法如此操作，我们可以显式的构造一个无名临时对象：

cppmax("luse"s, std::string("乐")); // Error 为什么？

此时就不是我们的 T 不明确了，而是函数模板 max 不明确，它会和标准库的 std::max 产生冲突，虽然我们没有使用 std::，但是根据 C++ 的查找规则，（实参依赖查找）ADL，依然可以查找到。

那么我们如何解决呢？很简单，进行有限定名字查找，即使用 :: 或 std:: 说明，你到底要调用 “全局作用域”的 max，还是 std 命名空间中的 max。

cpp::max("luse"s, std::string("乐"));万能引用与引用折叠

所谓的万能引用（又称转发引用），即接受左值表达式那形参类型就推导为左值引用，接受右值表达式，那就推导为右值引用。

比如：

cpptemplate void f(T&&t){} int a = 10; f(a); // a 是左值表达式，f 是 f 但是它的形参类型是 int& f(10); // 10 是右值表达式，f 是 f 但它的形参类型是 int&&

被推导为 f 涉及到了特殊的推导规则：如果 P 是到无 cv 限定模板形参的右值引用（也就是转发引用）且对应函数的调用实参是左值，那么将到 A 的左值引用类型用于 A 的位置进行推导。

通过模板或 typedef 中的类型操作可以构成引用的引用，此时适用引用折叠（reference collapsing）规则：

右值引用的右值引用折叠成右值引用，所有其他组合均折叠成左值引用。cpptypedef int& lref; typedef int&& rref; int n; lref& r1 = n; // r1 的类型是 int& lref&& r2 = n; // r2 的类型是 int& rref& r3 = n; // r3 的类型是 int& rref&& r4 = 1; // r4 的类型是 int&&cpptemplate constexpr Ty&& forward(Ty& Arg) noexcept { return static_cast(Arg); } int a = 10; // 不重要 ::forward(a); // 返回 int&& 因为 Ty 是 int，Ty&& 就是 int&& ::forward(a); // 返回 int& 因为 Ty 是 int&，Ty&& 就是 int& ::forward(a); // 返回 int&& 因为 Ty 是 int&&，Ty&& 就是 int&&有默认实参的模板类型形参

就如同函数形参可以有默认值一样，模板形参也可以有默认值。当然了，这里是“类型形参”（后面会讲非类型的）。

cpptemplate void f(); f(); // 默认为 f f(); // 显式指明为 fcppusing namespace std::string_literals; template RT max(const T1& a, const T2& b) { // RT 是 std::string return a > b ? a : b; } int main(){ auto ret = ::max("1", "2"s); std::cout decltype(true ? a : b){ return a > b ? a : b; }

这是 C++11 后置返回类型，它和我们之前用默认模板实参 RT 的区别只是稍微好看了一点吗？

不，它们的返回类型是不一样的，如果函数模板的形参是类型相同 true ? a : b 表达式的类型是 const T&；如果是 max(1, 2) 调用，那么也就是 const int&；而前面的例子只是 T 即 int（前面都是用模板类型参数直接构造临时对象，而不是有实际对象，自然如此，比如 T{}）。

假设以 max(1,1.0) 调用，那么自然返回类型不是 const T&

cppmax(1, 2.0); // 返回类型为 double

下面的 max 定义也类似，涉及的规则不再强调。

使用 C++20 简写函数模板，我们可以直接再简化为：

cppdecltype(auto) max(const auto& a, const auto& b) { return a > b ? a : b; }

效果和上面使用后置返回类型的写法完全一样；C++14 引入了两个特性：

返回类型推导（也就是函数可以直接写 auto 或 decltype(auto) 做返回类型，而不是像 C++11 那样，只是后置返回类型。

decltype(auto) “如果返回类型没有使用 decltype(auto)，那么推导遵循模板实参推导的规则进行”。我们上面的 max 示例如果不使用 decltype(auto)，按照模板实参的推导规则，是不会有引用和 cv 限定的，就只能推导出返回 T 类型。

大家需要注意后置返回类型和返回类型推导的区别，它们不是一种东西，后置返回类型虽然也是写的 auto ，但是它根本没推导，只是占位。

模板的默认实参无处不在，比如标准库的 std::vector，std::string，当然了，这些都是类模板，我们以后会讲到。

非类型模板形参

既然有”类型模板形参“，自然有非类型的，顾名思义，也就是模板不接受类型，而是接受值或对象。

cpptemplate void f() { std::cout

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